1. 雷击实验室
应将光缆加强芯(钢线)和铠装(钢带或铝带)接入接地线,可防止雷电击坏光缆。光缆线路接地是从光缆线路路由勘察设计到工程施工安装的全过程中都应切实}丰意的一项关系到线路安全的关键技术。首先要求合理地选择光缆线路敷设位置,尽量避开雷击。其次是对于从伞局考虑,光缆线路敷设位置必须经过雷击地段的,在设计中应采用有效的防雷措施。对于室外敷设的光缆线路工程,设计中比较多采用的是敷设防雷地线、消弧线、避雷针、架空防雷线等措施。当光缆进入局站时,主要解决光缆金属构件的防雷接地问题。本节主要介绍防雷接地技术,从防雷地线、消弧线、避雷针、架空防雷线、光缆在局(站)终端的防雷接地以及防霄接地装置等几个方面进行介绍。防雷地线 当埋设光/电缆附近的地方落雷时,由落雷点向大地流散的雷电流,会在该点产生很高的电位,与作为地下良导体的光缆金属构件或电缆之间产生得大的电位差,有可能把土壤击穿,产生电弧,或有相当强的电流泄放到光/电缆,使光/电缆受损,产生故障。如果在地中位于光/电缆上方与光/电缆平行的敷设一条或二对裸导线,裸导线充分接地并比较接近落雷点,这条线如果不是雷电流袭击的首要目标,也必然是与光/电缆同样成为被击目标之一,所以这条埋设在光/电缆上方的导线就叫做埋地光/电缆地下屏蔽线,通常叫排流线,简称防雷地线。 可以设想,有了防雷地线,光/电缆得到了保护,电弧直击在光/电缆上的可能性大大减少,相当一部分雷电流要汇集泄流在防雷地线上扩散入地,减少了流向光/电缆电流(效率好的防雷地线可以减少近一半霄电流)。根据通过对有会属外皮的电缆做模拟试验证明,同样大的冲击电流幅值,对同一条埋地电缆所产生的芯线对外皮的电压,设有防雷地线时要比未设防雷地线时减少50%。在光/电缆绝缘好,有相当耐压强度的前提下,光/电缆r产生的过电压减弱一半,造成故障的雷击次数可以减少。例如幅值为30 kA的雷电流,常能造成光/电缆损坏,而雷电流幅值大于30 kA的机会,据统计大约占雷击总次数的50%(指雷击光/电缆雷电流出现的概 率)。如果光/电缆装设了地下防雷地线,雷电流要使同一光/电缆出现故障,其幅值要达到60kA以卜_,但这样高幅值的雷电流只占雷击总次数的20%。可见,从这‘角度去看地下防雷地线的作用,至少可以使光/电缆的雷击故障大约减少3/5。据调查资料报道,有某处电缆没有埋设地F防雷地线时,l2年内雷击故障共有45次,平均每年近4次,加装地下防雷地线之后,4年未发生过雷击故障。另一条长度只有7 km多的电缆,未埋设地下防雷地线时,8年内雷击故障共有25次,年平均近4次,后来加装地F防雷地线,5年来只发生过一一次过雷击故障。实验室的试验和实际运用都说明,地下防护雷地线是一种实际有效的防雷措施。 防霄地线的实施办法各个国家都有所不同,防雷地线与光/电缆之间的距离,有些意见认为要有80~100 cm,因为考虑到有雷电流时,防雷地线和光/电缆之间也存在电位差,若距离太近,势必增多发生第二次击穿的机会(即所谓反击,实际E即使是100 tin的距离,要避免反击也是极为困难的),由此产生的电弧也能把光/电缆烧坏。另一种意见则认为,防雷地线与光/电缆之间的距离应当较近一些,大约20~30 cm就合适,凶为防雷地线接近光/电缆,相互影响更显著,防雷地线上的分流效果会比较好。 防雷地线采用的材料有镀锌钢筋、镀锌钢绞线、铜或铝合金、铜包钢线。有敷设一条单线的,有并排敷设两条线的,少数也有敷设3~4条以至构成一个线嗍的。究竟采用怎样的规格最恰当?总的原则应是:防雷地线的阻抗比较小(包括电阻和感抗),与土壤的接触较好,埋在地下能耐腐蚀、不易损坏,效果好、可靠性高,其中耐用和可靠是主要的,用料必须经济合理。
2. 雷击试验设备
感应雷也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电感应雷和电磁感应雷。
十七世纪中叶,美国科学家富兰克林通过风筝试验,证明雷击就是一个剧烈放电过程,并随后发明了最初的避雷针。随后的200多年,人类对雷电的认识更加深刻。人们明白了,雷电如果短时间剧烈地直接作用在建筑物或者导体上造成了破坏,这种雷击叫直击雷。直击雷是需要通过接闪装置(如避雷针、均压带等)将雷电引入大地,来避免雷击作用在建筑物或者人身上。
然而,有些时候,明明雷云只是接近但没有直接击中建筑物,建筑物内的金属设备也产生了电火花。人们把这种没有直接击中,只是感应到雷击能量的现象称为感应雷。
感应雷也称为雷电感应或感应过电压,根据产生的原理不同,分为:静电感应雷和电磁感应雷。
静电感应雷
静电感应雷是在带电积云接近地面时,由于单一雷云带电的单极性,总是会在附近的金属导体上感应出大量的反极性束缚电荷。而金属导体远离带电积云端会相应产生与雷电同级性的电荷,从而在金属导体与雷云之间,以及金属导体自身产生出很高的静电电压(感应电压),其电压幅值可达到几万到几十万伏。这种过电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花,从而容易引起电击、火灾、爆炸,危及人身安全或对供电系统造成危害。
电磁感应雷
由麦克斯韦电磁理论可知:变化着的电场伴随变化着的磁场,变化着的磁场也伴随变化着的电场。因此,电磁感应雷是由于雷电放电时,巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种电磁感应雷对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏,又或者使周围的金属构件产生感应电流,从而产生大量的热而引起火灾。
大家知道通过避雷针、接地引下线、接地体埋地等措施,现代建筑的防雷措施已经基本可以做到防避直击雷。但是对于感应雷,防范方法:
感应雷侵入的主要途径包括供电线、电话线、有线电视或者无线电视馈线、房屋的外墙或者柱子。将建筑物的基础钢筋,梁柱钢筋,金属框架,建筑物防雷引下线等连接起来,形成闭合良好接地的法拉第笼,将建筑物各部分的交流工作地,安全保护地,直流工作地,防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接,避免接地线之间存在电位差,消除感应过电压产生的原因。
对于电源系统的防雷,应在高压端各相安装防雷装置作为第一级保护,在低压侧安装阀门式防雷装置作为第二级保护,在楼层配电箱安装电源避雷箱作为第三级保护,同时还应设计综合布线系统防雷。
3. 实验室击实试验
1)各负其责原则物资部门要对现场进场材料质量负责,规定复验后才能使用的,由物资部门向现场试验室办理委托试验。责任工程师应在工序过程中按规定向现场试验室办委托取样,包括砼、砂浆、钢筋、连接件、回填土等。分项分部的现场质量检验由质量安全部负责
2)原材料必须先试验合格后才能使用,以防止不合格品用于工程上,造成质量事故。原材料试验委托由工程技术部办理,现场试验室对如何取样、组批原则进行指导,接受委托后,现场试验室应及时送试验室试验并取回试验报告。
3)上道工序必须项目经试验合格后才能进入下道工序,主要有:钢筋连接:在正式使用前,必须先做工艺评定试件,在工程正式使用中,应按批量抽样试验,合格后才能浇筑砼。回填土试验:在正式回填前,要先将准备回填用料,送中心试验室做标准击实试验,得出控制干密度指标。正式回填时,分层取样,测试干密度、含水率。合格后,才允许回填上一层。
4)取样有代表性各种材料要按规定的取样方法取样,确保试验的代表性,特别对砼取样,标养试块在罐车运输到工地后进入输送泵前取样,同条件试块在入模前取样。
4. 雷击实验室防爆措施
爆炸性环境中,除了使用电气设备外,还大量使用了非电气设备,如运输机、空气压缩机、搅拌机、非电动运输车辆等,在这些设备中,采用了减速器、齿轮箱、皮带轮、制动器等装置。这些装置虽然不使用电力,且本身无动力,但是在工作时有高速运动部件,使用过程中可能会由于碰撞而产生火花,由于摩擦、压缩做功等而产生的高温,对于爆炸危险场所来说,这些都是危险的点燃源,具有引燃环境中的爆炸性物质的危险。
实际上,这些设备设计过程中已经考虑到这些危险,也采取了一些措施来减少危险的产生,如对减速器等采用油冷、密封的结构,将运动部件用防护罩保护,但是这些局部的措施并不能从根本上解决非电气设备在爆炸性环境中使用时会产生火花、高温的危险,尤其是这些设备往往都是复杂的产品,一个设备上同时有多个结构可能产生爆炸危险。
因此,在爆炸性环境中使用这些非电气设备也是需要防爆的。那么,电气设备防爆的要求都有哪些呢?
一、隔爆型电气设备常见的失爆现象
电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性或隔爆性(即不传爆性)就是失爆。隔爆型电气设备常见的失爆现象有:
1.隔爆外壳严重变形或出现裂纹,焊缝开焊以及连接螺丝不齐全、螺扣损坏或拧入深度少于规定值,致使其机械强度达不到耐爆性的要求而失爆;
2.隔爆接台面严重锈蚀、由于机械损伤、间隙超过规定值、有凹坑、连接螺丝没有压紧等,达不到不传爆的要求而失爆;
3.电缆进、出线口没有使用合格的密封胶圈或根本没有密封胶圈;不用的电缆接线孔没有使用合格的密封挡板或根本没有密封挡板而造成失爆;
4.在设备外壳内随意增加电气元、部件,使某些电气距离小于规定值,或绝缘损坏,消弧装置失效,造成相间经外壳弧光接地短路、使外壳被短路电弧烧穿而失爆;
5.外壳内两个隔爆腔由于接线柱、接线套管烧毁而连通,内部爆炸时形成压力叠加、导致外壳失爆;外壳失爆主要是由于安装、检修质量不符合标准要求以及使用、维护不当等原因造成的。因此,必须严格保证隔爆质量标准要求,在安装、使用、维护和检修中,严格执行有关规定、标准、才能防止失爆。
目前国内的防爆标准有GB 3836系列和GB 12476系列,其规定的防爆措施分别适用于爆炸性气体环境(含瓦斯气体)和粉尘环境用电气设备,对非电气设备的防爆并不适用。为此,国家专门制定并出台了GB 25286《爆炸性环境用非电气设备》系列标准。
二、GB 25285的2010版与EN 1127-1:2007
GB 25286的2010版参照参照EN 13463-1:2001等标准制定,而目前EN 13463-1已经更新为2009版。IEC发布了ISO 80079系列标准,其中ISO 80079-36:2016综合了EN 1127和EN 13463-1的内容,并更新了一些技术条款,而ISO 80079-37:2016标准则将EN13463的结构安全型“c”、控制点燃源型“b”、液浸型“k”的技术内容合并在一起,隔爆外壳型“d”、正压外壳型“p”、外壳保护型“tD”这几个防爆型式的要求直接采用IEC 60079系列中的相关标准。
三、防爆电气隔爆接合面防锈措施
1.涂防锈油剂。在隔爆接合面上直接涂204-1 防锈油。
2.涂磷化底漆。这是一种新的防锈涂漆,能代替钢铁的磷化处理,其特点是:漆膜薄,且坚韧耐久,具有极强的附着力;涂抹方便,仅用半小时即可自然干燥;漆膜不怕瓦斯爆炸时的瞬时高温。
3.热磷处理。隔爆接合面经热的磷酸盐溶液处理后,在金属表面便形成一层难溶的金属薄膜,即磷化膜,可防止隔爆面的氧化锈蚀。
4.冷磷处理。隔爆接合面经大修后,一般采用冷磷处理,使其形成一层难溶的金属氧化膜,以防止隔爆接合面氧化锈蚀。
四、防爆壳体与防爆接合面的修复
壳体如果有裂纹,建议用新的相同零件更换;如果发现有小的通孔,可以用熔焊焊补。
隔爆接合面上如果有轻度锈蚀,可以用煤油和抹布将锈癍擦去,并且涂一薄层润滑脂防锈。
如果锈蚀很严重,建议用除锈剂除锈,并且检查接合面情况,如果隔爆间隙值大于图纸的规定,但不超过防爆标准的规定,可以不加修理。如果隔爆面上局部出现直径不大于1mm,深度不大于1mm凹坑,在隔爆结合面长度不小于25mm时每平方厘米范围内不超过3个,或者在隔爆结合面长度不小于12.5mm时每平方厘米范围内不超过2个,也可以不加修理。
如果隔爆面上的机械划痕的宽度和深度均不超过0.5mm,剩余无伤隔爆面的有效长度不小于GB3836.2规定的三分之二,也可以不加修理,但划痕的凸出部分应磨平。
四、隔爆面面上缺陷修补方法:
1、熔焊;
2、硬钎焊,例如对于钢件和铸铁件采用铜焊补焊;
3、胶粘剂调入金属粉粘补,例如采用环氧树脂胶修补,要求胶粘剂对母金属有附着性好,使用温度在-30℃~ 150℃范围不软化、不收缩、不开裂。
如果隔爆接合面损坏严重,间隙超过防爆标准的规定,对于平面接合面,可以将损坏的一侧磨平;对于圆筒型接合面,可以将一侧轻微加工,另一侧采用焊接﹑电镀或镶套的方法增添金属,然后加工到规定尺寸。
对于活动接合面(例如转轴﹑操作杆等)应该用熔焊或硬钎焊后磨平或镶套的方法修理。
隔爆结合面上如果凹坑或划痕超过上述规定,可以进行修补,但是下列情况之一者,不允许修补:
1、螺孔周围5.0mm范围内的缺陷;
2、隔爆面长度小于6.0mm范围内的缺陷;
3、隔爆面的边角处;
4、活动隔爆结合面;
5、隔爆面上有疏松现象的铸件;
6、隔爆面上有裂纹。
5. 雷击实验原理
雷电是大气中的放电现象,多形成在积雨云中,积雨云随着温度和气流的变化会不停地运动,运动中摩擦生电,就形成了带电荷的云层,某些云层带有正电荷,另一些云层带有负电荷。另外,由于静电感应常使云层下面的建筑物、树木等带有异性电荷。随着电荷的积累,雷云的电压逐渐升高,当带有不同电荷的雷云与大地凸出物相互接近到一定程度时,其间的电场超过25~30kv/cm,将发生激烈的放电,同时出现强烈的闪光。由于放电时温度高达2000℃,空气受热急剧膨胀,随之发生爆炸的轰鸣声,这就是闪电与雷鸣。
雷电的大小和多少以及活动情况,与各个地区的地形、气象条件及所处的纬度有关。一般山地雷电比平原多,建筑越高,遭雷击的机会越多。